CN106424704A - 低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系 - Google Patents

低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的成形剂的配方体系，包括：硬脂酸、抗氧剂、石蜡、高密度聚乙烯、聚乙烯‑乙酸酯、高分子聚合蜡和聚甲醛，其中聚甲醛的质量百分比不大于90％。本发明还公开了一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的配方体系，包括不锈钢粉末和成形剂的配方体系。本发明提出的低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系，实现了较高的粉末装载量及较低的收缩率，且具有较高的熔融指数及优良的坯体强度及成形性能，尤其适合制造成形大规格薄壁产品。

Description

低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系
技术领域
本发明涉及粉末冶金制作领域，尤其涉及一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系。
背景技术
随着消费品市场的升级及制造业的发展与进步，对粉末冶金产品特别是金属粉末注射成形制品的市场需求越来越大，其中对大规格薄壁、结构复杂粉末注射成形制品的需求比例越来越大。由于粉末注射成形技术的系统特性，在产品的制作过程中需经过一系列复杂的加工工艺过程，尤其是在产品的成形-脱脂-高温烧结热等系列加工过程中，产品受到工艺过程中的热应力、自身重力及环境的摩擦阻力等因素的影响较大，因此对产品的结构及尺寸精度控制是粉末注射成形技术领域所面临的一大技术难题。
现有的不锈钢粉末注射成形喂料的不锈钢粉末装载量：63.2±0.5％，成形坯体的收缩系数相对较大，在1.155～1.175范围(典型值1.165)，粉末成形胚体从成形到烧结的材料收缩率η≈︱-14.1631％︱，产品的尺寸精度公差>±0.3％。如何提高不锈钢粉末注射成形喂料的不锈钢粉末装载量，以保障优秀的产品成形能力，解决粉末注射成形产品从成形坯尺寸到烧结坯体尺寸公差精度控制范围更窄，是粉末注射成形技术的核心难题。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系，实现了较高的粉末装载量及较低的收缩率，且具有较高的熔融指数及优良的坯体强度及成形性能，尤其适合制造成形大规格薄壁产品。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的成形剂的配方体系，包括：硬脂酸、抗氧剂、石蜡、高密度聚乙烯、聚乙烯-乙酸酯、高分子聚合蜡和聚甲醛，其中聚甲醛的质量百分比不大于90％。
优选地，各原料的质量百分比分别为：硬脂酸1～2％、抗氧剂0.5～1.5％、石蜡2.5～5.5％、高密度聚乙烯2～8％、聚乙烯-乙酸酯1.5～5.0％、高分子聚合蜡2～6％、聚甲醛75～90％。
优选地，其中高分子聚合蜡的分子量为1000～4000Da，熔点为100～140℃。
优选地，其中高分子聚合蜡的分子量为2000～2500Da，熔点为105～115℃。
优选地，其中高分子聚合蜡采用聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的至少一种。
本发明还公开了一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的配方体系，包括不锈钢粉末和上述的成形剂的配方体系。
优选地，所述不锈钢粉末的粒径小于38μm，粒径分布为：d20＝1～5μm，d50＝9～13μm，d80＝22～23μm。
优选地，所述不锈钢粉末采用纯气雾化的不锈钢粉末，球形度＞80％。
优选地，所述不锈钢粉末的振实密度为4.7～5.2g/cm3。
优选地，其中所述不锈钢粉末的体积装载量为70～72％，所述成形剂的体积装载量为28～30％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的成形剂的配方体系具有低的膨胀系数、高的内润滑及固化能力；其中高分子聚合蜡可以实现快速固化以防止产品变形，适量百分比的聚甲醛含量为不锈钢注射成形喂料提供良好的成形能力，从而能够实现较高的粉末装载量及较低的收缩率。本发明的喂料的配方体系制备的喂料的装载量可以达到70％Vol以上，较传统的粉末注射成形喂料的装载量提高了10％以上，同规格制品的脱脂效率也得到了显著改善，粉末成形胚体从成形到烧结制品的材料收缩系数低至1.125～1.130，典型值1.1275±0.0025，材料收缩率η<︱-11.3475％︱，产品的尺寸精度公差可以控制在±0.2％以内，精度较传统的产品的精度公差提高20％以上，另外本发明的喂料还具有较高的熔融指数及优良的坯体强度及成形性能，尤其适合制造成形大规格薄壁产品。
具体实施方式
下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的一个实施例公开了低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的成形剂的配方体系，其中包括硬脂酸、抗氧剂、石蜡、高密度聚乙烯、聚乙烯-乙酸酯、高分子聚合蜡和聚甲醛，其中聚甲醛的质量百分比不大于90％。
在进一步的实施例中，各原料的质量百分比分别为：硬脂酸1～2％、抗氧剂0.5～1.5％、石蜡2.5～5.5％、高密度聚乙烯2～8％、聚乙烯-乙酸酯1.5～5.0％、高分子聚合蜡2～6％、聚甲醛75～90％。其中高分子聚合蜡的分子量为1000～4000Da，熔点为100～140℃，密度为0.99g/cm3；更进一步地，高分子聚合蜡的分子量为2000～2500Da，熔点为105～115℃。高分子聚合蜡采用聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的至少一种。
本发明的另一个实施例公开了低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的配方体系，其中包括不锈钢粉末和上述的成形剂的配方体系。
在进一步的实施例中，不锈钢粉末具有以下至少一种结构特征：(1)粒径小于38μm，粒径分布为：d20＝1～5μm，d50＝9～13μm，d80＝22～23μm；(2)采用纯气雾化的不锈钢粉末，球形度＞80％；(3)振实密度为4.7～5.2g/cm3。进一步地，不锈钢粉末的体积装载量为70～72％，成形剂的体积装载量为28～30％。
通过本发明的低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系，可以大大提高不锈钢粉末的装载量，同一材质产品粉体的装载量越高，产品的坯体尺寸就越小，产品的坯体尺寸越小，产品在热加工过程中的变形量则越小，产品的公差也就越小，产品的尺寸精度越高；产品的尺寸精度越高，产品的后续加工费用越低。
下述结合具体实例对本发明的低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料及其成形剂的配方体系进行进一步说明。
实例1：
喂料的配方体系A包括：9320.58g不锈钢粉末和679.42g成形剂，其中成形剂包括6.79g硬脂酸、6.79g抗氧剂、33.97g石蜡、47.56g高密度聚乙烯、20.38g聚乙烯-乙酸酯、33.97g聚乙烯蜡和529.96g聚甲醛。
实例2：
喂料的配方体系B包括9328.03g不锈钢粉末和671.97g成形剂，其中成形剂包括10g硬脂酸、6.72g抗氧剂、26.88g石蜡、33.60g高密度聚乙烯、20.16g聚乙烯-乙酸酯、16.80g聚乙烯蜡和557.81g聚甲醛。
实例3：
喂料的配方体系C包括9315.78g不锈钢粉末和684.22g成形剂，其中成形剂包括8.21g硬脂酸、5.47抗氧剂、20.53g石蜡、27.37g高密度聚乙烯、13.68g聚乙烯-乙酸酯、13.68g聚乙烯蜡和595.28g聚甲醛。
将上述喂料的配方体系A、B、C分别进行下述步骤：(1)在160℃～200℃下密炼30min～90min，挤出制粒；(2)注射成形：在160℃～200℃注射成形；(3)在酸性媒介环境，并在110℃～130℃条件下，脱脂3～5hr后的试样；(4)在1350℃～1380℃，保温90min～180min。
通过上述工艺条件制得L100mm*W10mm*δ1～3mm的标准试样，测得材料收缩率η＜︱-11.3475％︱，喂料的收缩系数在1.125～1.130范围内，典型值1.1275±0.0025致密的烧结制品，制得的产品的公差在±0.2％以内。
本发明的低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的配方体系具有以下特点：
(1)通过对粉末注射成形的成形剂及喂料的优化组成成分设计，实现喂料的高成形能力；
(2)粉末注射成形喂料的体积装载量高达70％以上，较传统喂料粉末的装载量提高了10％以上，同规格制品的脱脂效率得到显著改善；
(3)粉末成形坯体从成形到烧结制品的材料收缩系数K＝1.125～1.130范围内，典型值1.1275±0.0025；
(4)材料收缩率η＜︱-11.3475％︱；
(5)产品的尺寸精度公差控制在±0.2％以内，较传统的方法制得的产品提高20％以上；
(6)本发明的喂料配方体系适合制备大规格薄壁产品，尤其是长/厚比高达：L/δ＞＞50～100以上的粉末注射成形产品的成形能力，产品坯体充填饱满，表面无成形缺陷存在；
(7)本发明的喂料配方体系具有较高的熔融指数(MFI＝600～1500g/10min)及优良的坯体强度及成形性能；
(8)产品具有较宽的烧结温度范围：1350～1380℃，有利于产品的烧结加工工艺控制；
(9)产品烧结后，加工成本降低10～30％左右；
(10)本发明的喂料配方体系可以采用酸性脱脂，避免了溶剂脱脂的环境不友好性，且避免了易燃易爆等安全隐患。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的成形剂的配方体系，其特征在于，包括：硬脂酸、抗氧剂、石蜡、高密度聚乙烯、聚乙烯-乙酸酯、高分子聚合蜡和聚甲醛，其中聚甲醛的质量百分比不大于90％。
2.根据权利要求1所述的成形剂的配方体系，其特征在于，各原料的质量百分比分别为：硬脂酸1～2％、抗氧剂0.5～1.5％、石蜡2.5～5.5％、高密度聚乙烯2～8％、聚乙烯-乙酸酯1.5～5.0％、高分子聚合蜡2～6％、聚甲醛75～90％。
3.根据权利要求1所述的成形剂的配方体系，其特征在于，其中高分子聚合蜡的分子量为1000～4000Da，熔点为100～140℃。
4.根据权利要求3所述的成形剂的配方体系，其特征在于，其中高分子聚合蜡的分子量为2000～2500Da，熔点为105～115℃。
5.根据权利要求1至4任一项所述的成形剂的配方体系，其特征在于，其中高分子聚合蜡采用聚乙烯蜡、聚丙烯蜡中的至少一种。
6.一种低收缩率不锈钢粉末注射成形喂料的配方体系，其特征在于，包括不锈钢粉末和权利要求1至5任一项所述的成形剂的配方体系。
7.根据权利要求6所述的喂料的配方体系，其特征在于，所述不锈钢粉末的粒径小于38μm，粒径分布为：d20＝1～5μm，d50＝9～13μm，d80＝22～23μm。
8.根据权利要求6所述的喂料的配方体系，其特征在于，所述不锈钢粉末采用纯气雾化的不锈钢粉末，球形度＞80％。
9.根据权利要求6所述的喂料的配方体系，其特征在于，所述不锈钢粉末的振实密度为4.7～5.2g/cm3。
10.根据权利要求6至9所述的喂料的配方体系，其特征在于，其中所述不锈钢粉末的体积装载量为70～72％，所述成形剂的体积装载量为28～30％。
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